Thermophotovoltaische Energiekonversion auf der Basis mikrostrukturierter, selektiver Infrarotemitter und Infrarot-Photovoltaikzellen

• Antragsteller: Professor Dr. Joachim Luther
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2001 bis 2004
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5238058

In einem thermophotovoltaischen Generator wird Wärmestrahlung direkt mit photovoltaischen Zellen in elektrische Energie umgewandelt. Die Thermophotovoltaik besitzt das Potenzial, vor allem im Kleinleistungsbereich Wärme-Elektrizitäts-Wandler zu realisieren, die sich gegenüber anderen Techniken durch höheren Wirkungsgrad und höhere Zuverlässigkeit auszeichnen. Inhalt des Projektes ist die Analyse eines neuen TPV-Konzeptes unter Verwendung eines mikrostrukturierten, IR-selektiven Wolframemitters, das auf die bislang üblichen IR-Filter zwischen Strahlungsemitter und photovoltaischem Konverter verzichtet. Ein Schwerpunkt liegt in materialwissenschaftlichen Untersuchungen zur Hochtemperaturstabilität und der Optimierung mikrostrukturierter Emitter im Hinblick auf die geplante Anwendung. Zur Vermeidung einer Oxidation der strukturierten Emitteroberfläche und einer unerwünschten Aufheizung der PV-Zellen durch konvektiven Wärmetransport bei de auftretenden hohen Emittertemperaturen von ca. 1500 K ist ein Vakuumsystem erforderlich. Die winkelselektive Infrarotoptik des Systems soll mit dem winkelabhängigen Emissionsverhalten des selektiven Emitters abgestimmt werden. Nach Klärung der grundlegenden materialwissenschaftlichen Probleme soll eine Systemoptimierung insbesondere im Hinblick auf den im Projektverlauf vorgesehenen experimentellen TPV-Aufbau erfolgen, mit dem das Prinzip verifiziert werden soll.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen